JP6954207B2 - プレス成形装置およびエンボス部を有するプレス成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンボス部を有するプレス成形品の成形技術に関する。

自動車を構成する外板パネルの中には、例えば図１に示されるドアアウターパネルのようにエンボス加工により形成される凹部（以下、“エンボス部”）を有する外板パネルがある。エンボス部は通常、プレス成形装置によりブランクを絞り加工することで形成されるが、プレス成形時においてはエンボス部の周囲からエンボス部に流入する材料の移動量が不均一となり、外板パネルの意匠面に数十ミクロンから数百ミクロン程度の面歪が発生することがある。ドアアウターパネルのエンボス部の場合は、図１中の黒丸印の位置において面歪が発生しやすい。面歪が発生した外板パネルに光が当たると、面歪が模様のように外観に現れ、製品の外観品質基準を満たすことができない場合がある。このような面歪の問題は自動車の外板パネルに限らず、エンボス部を有する他のプレス成形品においても同様に起こり得る。

エンボス部の周囲に発生する面歪を抑えるためには、プレス成形時にエンボス部の周囲における材料の移動をある程度抑えることが有効である。そのような材料の移動を抑制するプレス成形装置として、特許文献１にはダイが分割ダイとして構成されたプレス成形装置が開示されている。このプレス成形装置は、独立して可動するダイの一部がエンボス部の周囲を押圧できるよう構成されている。特許文献１のプレス成形装置によれば、面歪が発生しやすい箇所を予め押さえた状態でエンボス部の成形を行うことができる。

特開平３−０６８９２８号公報

特許文献１のプレス成形装置によれば、エンボス部の周囲に発生する面歪をある程度抑えることは可能であるが、分割ダイを設ける金型構造はプレス成形装置の構成を複雑にするために、装置コストの増大を招くことになる。また、保守、点検作業にも負荷がかかる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、エンボス部の周囲の面歪を抑制すると共に、プレス成形装置の構成を簡略化することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、プレス成形装置において、成形領域に設けられる頂部に、凸部と、周囲を前記凸部に囲まれた凹部とを有するパンチと、前記パンチの前記頂部に対向するダイと、前記パンチの前記凸部に設けられた、粒子固着部とを備え、前記粒子固着部は、ビッカース硬度が７００ＨＶ以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有し、前記粒子の平均粒径に対する前記保持層の高さが５０〜８０％であることを特徴としている。

別の観点による本発明は、成形領域に設けられる頂部に、凸部と、周囲を前記凸部に囲まれた凹部とを有するパンチに、ビッカース硬度が７００ＨＶ以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有し、かつ前記粒子の平均粒径に対する前記保持層の高さが５０〜８０％である粒子固着部を設け、ブランクの非意匠面側が前記パンチ側に向くように前記パンチと該パンチの前記頂部に対向するダイとの間にブランクを配置してプレス成形を行うことを特徴としている。

本発明においては、パンチ頂部に粒子固着部が設けられていることにより、プレス成形の際にパンチとブランクとの間の摩擦力が大きくなり、エンボス部の周囲における材料の移動を制限することができる。

本発明によれば、エンボス部の周囲の面歪を抑制すると共に、プレス成形装置の構成を簡略化することができる。

自動車側面の外板パネルを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るパンチおよびブランクホルダーを示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るパンチ頂部の拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係る粒子固着部の拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の動作を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の動作を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
図２に示すように第１の実施形態のプレス成形装置１は、下型として設けられたパンチ２と、上型として設けられたダイ３と、パンチ２の側方においてダイ３に対向するように設けられたブランクホルダー４を備えている。図３に示すようにブランクホルダー４はパンチ２の周囲を囲むように配置されている。また、本実施形態においては、パンチ２およびブランクホルダー４が昇降機構（不図示）によって昇降可能に構成されている。本実施形態のプレス成形装置１は、１回のプレス成形で部品を１つ製造する１個取りの装置構成であるが、装置構成は本実施形態で説明するものに限定されない。なお、本実施形態では下型のパンチ２を可動式、上型のダイ３を固定式としているが、パンチ２を固定式、ダイ３を可動式としても良い。また、上型をパンチ２、下型をダイ３としても良い。すなわち、パンチ２およびダイ３の少なくともいずれか一方が上下動し、互いに接近可能な構成であれば、パンチ２やダイ３の昇降動作に関する構成は限定されない。

パンチ２の頂部５は、パンチ２の成形領域Ｒに設けられる。成形領域Ｒとは、パンチ２において、プレス成形により得られる成形品の成形面を形成する領域を意味する。頂部５には凸部５ａと、その凸部５ａに周囲を囲まれた凹部５ｂとが形成され、図３に示すように凹部５ｂは平面視で略楕円形状となっている。図２に示すようにダイ３のパンチ頂部５に対向する部分には、パンチ頂部５の凹部５ｂに対応した形状の凸部３ａが形成されている。プレス成形時においては、このダイ３の凸部３ａとパンチ２の凹部５ｂによってブランクＳにエンボス部が形成される。

パンチ頂部５の凸部５ａの表面には粒子固着部１０が設けられている。図３に示すように、本実施形態においては凹部５ｂの周囲を囲む凸部５ａの全周にわたって粒子固着部１０が設けられ、粒子固着部１０は図４に示すように凸部５ａの頂点Ｐから外側の部分に設けられている。この粒子固着部１０の頂点Ｐ側の端部は頂点Ｐよりも内側（凹部５ｂ側）の部分に位置していても良い。なお、図２および図４においては粒子固着部１０の説明の便宜のために、パンチ２と粒子固着部１０の実際の大きさの相対的な関係に対して粒子固着部１０を拡大して図示している。

図５に示すように粒子固着部１０は、粒子１０ａと、当該粒子１０ａをパンチ２に固着させる保持層１０ｂとを有している。粒子１０ａは、保持層１０ｂを介してパンチ頂部５の凸部５ａ表面に固着されている。粒子１０ａを固着する方法は特に限定されないが、電着塗装や溶着などが挙げられる。電着塗装では、粒子１０ａが含まれた液層の中にパンチ頂部５の凸部５ａを浸漬し、その浸漬している部分に電圧をかける。

粒子１０ａを溶着させる場合は、粒子１０ａの表面に金属メッキを施し、その粒子１０ａをパンチ頂部５の凸部５ａ表面に直接ろう付けする。この場合、ろうが保持層１０ｂの役割を果たす。

（硬度）
粒子固着部１０の粒子１０ａは、７００ＨＶ以上のビッカース硬度を有している。このような粒子１０ａを有する粒子固着部１０がパンチ頂部５の凸部５ａに設けられていることにより、粒子固着部１０を有しないパンチ２を用いる場合に比べ、プレス成形時におけるパンチ２とブランクＳとの間の摩擦力を大きくすることができる。一方、粒子１０ａのビッカース硬度が７００ＨＶ未満の場合には、プレス成形時に粒子１０ａがブランクＳに噛み込みにくくなり、パンチ２とブランクＳとの間の摩擦力を十分に得ることができない。なお、粒子１０ａのビッカース硬度は１５００ＨＶ以上であることが好ましく、２０００ＨＶ以上であることがさらに好ましい。粒子固着部１０の粒子１０ａの種類はブランクＳの硬度に応じて適宜選択されるが、例えば溶融アルミナ（２１００ＨＶ）、炭化ケイ素（２５００ＨＶ）、炭化ホウ素（２７５０ＨＶ）、セラミック（２８００ＨＶ）、ダイヤモンド（９０００ＨＶ）等が用いられる。

（粒子の平均粒径に対する保持層の高さ）
粒子固着部１０における粒子１０ａの平均粒径Ｄに対する保持層１０ｂの高さＨの比率は５０〜８０％となっている。粒子１０ａの平均粒径Ｄに対する保持層１０ｂの高さＨは、（保持層１０ｂの高さＨ／粒子１０ａの平均粒径Ｄ）×１００（％）として算出され、保持層１０ｂから突出する粒子１０ａの高さを示す指標である。

粒子１０ａの平均粒径Ｄに対する保持層１０ｂの高さＨが５０％未満であると、保持層１０ｂから突出する粒子１０ａの高さが高くなり、パンチ２とブランクＳとの摩擦力が向上する。しかし、それぞれの粒子１０ａへの入力荷重が大きくなる。

これにより、粒子１０ａが保持層１０ｂから脱落し易くなるとともに、粒子１０ａが摩耗し易くなる。このため、粒子固着部１０の保持性および耐摩耗性を向上させるために、粒子１０ａの平均粒径Ｄに対する保持層１０ｂの高さＨは、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは５５％以上であり、さらに好ましくは６０％以上である。

一方、粒子１０ａの平均粒径Ｄに対する保持層１０ｂの高さＨが８０％を超えると、保持層１０ｂに埋没する粒子１０ａの数が増加し、粒子固着部１０とブランクＳの摩擦力を十分に高めることができない。このため、粒子１０ａの平均粒径Ｄに対する保持層１０ｂの高さＨは、好ましくは８０％以下であり、より好ましくは７５％以下であり、さらに好ましくは７０％以下である。

保持層１０ｂの高さＨの測定法を説明する。図３に示すパンチ２の平面視において、粒子固着部１０の内側（ハンドル側）の全長をＷとし、前記の任意の点の始端位置をＯとする。この際、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置、０．７５Ｗ位置からそれぞれ周囲方向ヘ±２．０ｍｍの範囲を観察箇所とする。これらの観察箇所について、粒子固着部１０に垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置および０．７５Ｗ位置の断面における、前記観察箇所（周囲方向ヘ±２．０ｍｍの範囲）を観察する。各観察箇所において、保持層１０ｂの高さ（パンチ表面に垂直方向）を各２０点測定し、計８０点の平均値として保持層１０ｂの高さが求められる。

次に、粒子１０ａの平均粒径の測定法を説明する。図３に示すパンチ２の平面視において、粒子固着部１０の内側（ハンドル側）の全長をＷとし、前記の任意の点を始端位置Ｏとする。この際、０Ｗ位置、０．２５Ｗ位置、０．５０Ｗ位置および０．７５Ｗ位置からそれぞれ周囲方向へ−２ｍｍ，−１ｍｍ，０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍの位置において、粒子固着部１０に垂直な断面の光学顕微鏡試料を作製し、光学顕微鏡で１００〜４００倍の視野を観察する。これらの観察箇所の断面２０箇所における粒子１０ａの粒径の平均値を粒子１０ａの平均粒径とする。なお、粒子１０ａの個々の粒径については長辺と短辺の平均値を粒径と定義する。前記観察箇所の観察視野の外縁と重なった粒子１０ａの粒径は測定せずに値として含めない。

（平均粒径）
粒子１０ａの平均粒径は好ましくは５〜６００μｍである。粒子１０ａの平均粒径が５μｍ以上であれば、ブランクＳのプレス成形時において十分に面圧がブランクＳに加わるので、パンチ２とブランクＳとの摩擦力がより十分に確保される。このため、粒子１０ａの平均粒径は、より好ましくは１０μｍ以上であり、さらに好ましくは５０μｍ以上である。

また、粒子１０ａの平均粒径が６００μｍ以下であれば、ブランクＳのプレス成形時において、粒子１０ａが保持層１０ｂから脱落しにくくなる。粒子１０ａの平均粒径は、より好ましくは５００μｍ以下であり、さらに好ましくは４００μｍ以下である。

なお、図５に示すように、粒子１０ａの上部が保持層１０ｂから露出するように粒子１０ａが保持層１０ｂに埋め込まれている。発明者らによる検討の結果、粒子１０ａの各々の保持層１０ｂの埋没の程度、すなわち粒子１０ａの上部の露出の程度にかかわらず、粒子１０ａの平均粒径に対する保持層１０ｂの高さが上記の所定の範囲内であれば、粒子１０ａの保持性および耐摩耗性を担保しつつ、粒子固着部１０とブランクＳとの摩擦力を十分に確保することができることが分かった。このことから、保持層１０ｂの高さと粒子１０ａの平均粒径との関係を規定することにより、プレス加工においてエンボス部周囲の面歪を抑制できる。

（粒子率）
粒子固着部１０の粒子率は好ましくは５〜２０％である。粒子率は、一定領域内における粒子の密集度を示す指標となるものであり、（粒子固着部１０中の粒子１０ａの総体積／粒子固着部１０の体積）×１００（％）として、算出される。

粒子率が５％以上であれば、粒子１０ａが十分に粒子固着部１０の表面に分散されるので、パンチ２とブランクＳとの摩擦力をより十分に確保できる。粒子固着部１０の粒子率は、より好ましくは８％以上であり、さらに好ましくは１０％以上である。

また、粒子率が２０％以下であれば、粒子固着部１０中の粒子１０ａ分散の程度（例えば粒子間の距離）が最適となり、粒子１０ａ間における目詰まりが生じにくくなる。そうすると、操業条件にかかわらず、パンチ２とブランクＳとの間の摩擦力を十分維持することができる。粒子固着部１０の粒子率は、より好ましくは１５％以下であり、さらに好ましくは１０％以下である。

本実施形態のプレス成形装置１は以上のように構成されている。次に、上記のプレス成形装置１を用いた、エンボス部を有するプレス成形品（例えば自動車の外板パネル）の製造方法について説明する。なお、以下の説明で参照する図６〜図７においては粒子固着部１０が図示されていないが、前述のようにパンチ頂部５の凸部５ａには粒子固着部１０が設けられている。

まず、図２のようにダイ３とブランクホルダー４との間にブランクＳを固定するが、この際にブランクＳの、製品の外観に現れる面（意匠面）と外観に現れない面（非意匠面）のうち、非意匠面側がパンチ２側に向くようにしてブランクＳを固定する。なお、ブランクＳは鋼板に限定されず、アルミニウム合金板やチタン合金板等の他の金属板であっても良い。

続いて、図６のようにパンチ２を上昇させる。パンチ頂部５の凸部５ａには粒子固着部１０が設けられているため、ここでパンチ２とブランクＳとが接触することで、粒子固着部１０の粒子１０ａがブランクＳに噛み込み、両者の間の摩擦力が大きくなる。そして、図７のようにさらにパンチ２を上昇させる。ここで、パンチ頂部５の凹部５ｂに対向するダイ３の凸部３ａにブランクＳが接触すると、ブランクＳがパンチ頂部５の凹部５ｂに押し込まれるようにして変形する。このとき、材料が凹部５ｂ内に引き込まれるように移動しようとするが、本実施形態においては粒子固着部１０によりパンチ２の凸部５ａとブランクＳとの間の摩擦力が大きいために、材料の移動が制限される。すなわち、エンボス部の周囲における材料の移動量が少なくなり、面歪の発生を抑えることができる。

その状態のまま、パンチ２を上死点まで上昇させることで、エンボス部を有するプレス成形品を得ることができる。なお、パンチ２の粒子固着部１０はブランクＳの非意匠面に接するため、製品の外観には粒子１０ａの接触が原因となるような疵は発生しない。

このように第１の実施形態のプレス成形装置１においては、分割ダイのような複雑な金型構造としなくても、エンボス部を有するプレス成形品の面歪を抑えることが可能となる。

なお、本実施形態においては、パンチ頂部５の凹部５ｂを囲む凸部５ａの全周にわたって粒子固着部１０を設けることとしたが、凸部５ａの全周ではなく、面歪が発生しやすいと推定される箇所にのみ、粒子固着部１０を設けるようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、エンボス部を有するプレス成形品の製造に利用することができる。

１ プレス成形装置
２ パンチ
３ ダイ
３ａ ダイの凸部
４ ブランクホルダー
５ パンチ頂部
５ａ パンチ頂部の凸部
５ｂ パンチ頂部の凹部
１０ 粒子固着部
１０ａ 粒子
１０ｂ 保持層
Ｄ 平均粒径
Ｈ 保持層の高さ
Ｐ パンチ凸部の頂点
Ｒ パンチの成形領域
Ｓ ブランク

Claims (6)

1. 成形領域に設けられる頂部に、凸部と、周囲を前記凸部に囲まれた凹部とを有するパンチと、
   前記パンチの前記頂部に対向するダイと、
   前記パンチの前記凸部に設けられた、粒子固着部とを備え、
   前記粒子固着部は、ビッカース硬度が７００ＨＶ以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有し、
   前記粒子の平均粒径に対する前記保持層の高さが５０〜８０％である、プレス成形装置。
2. 前記粒子の平均粒径は５〜６００μｍである、請求項１に記載のプレス成形装置。
3. 固着された前記粒子の粒子率は５〜２０％である、請求項１または２に記載のプレス成形装置。
   ただし、前記粒子率は、（前記粒子の総体積／前記粒子固着部の体積）×１００（％）として算出される。
4. 成形領域に設けられる頂部に、凸部と、周囲を前記凸部に囲まれた凹部とを有するパンチに、ビッカース硬度が７００ＨＶ以上の粒子と、該粒子を保持する保持層とを有し、かつ前記粒子の平均粒径に対する前記保持層の高さが５０〜８０％である粒子固着部を設け、
   ブランクの非意匠面側が前記パンチ側に向くように前記パンチと該パンチの前記頂部に対向するダイとの間にブランクを配置してプレス成形を行う、エンボス部を有するプレス成形品の製造方法。
5. 前記粒子の平均粒径は５〜６００μｍである、請求項４に記載のエンボス部を有するプレス成形品の製造方法。
6. 固着された前記粒子の粒子率は５〜２０％である、請求項４または５に記載のエンボス部を有するプレス成形品の製造方法。
   ただし、前記粒子率は、（前記粒子の総体積／前記粒子固着部の体積）×１００（％）として算出される。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images